淺析橋梁施工控制及收縮徐變關(guān)系

張明

（中交二公局第四工程有限公司，河南 洛陽 471013）

1 概述

橋梁支架的施工方法在19世紀中期以前是非常普遍的，這種施工的方法使橋梁在施工狀態(tài)下處于無應力狀態(tài)。隨著科技的發(fā)展，橋梁跨度的增大，修建跨越江河和深溝的橋梁在逐漸增多，在建設和使用過程當中，由于溫度變化、墩臺沉陷等影響，至是使設計計算復雜，由此，在連續(xù)鋼析梁中采用了鉸，把連續(xù)析架轉(zhuǎn)化成為靜定的懸臂析梁。1950年由德國工程師率先采用掛籃懸臂澆筑混凝土，即在施工過程中利用己建成的橋墩沿橋跨徑方向逐段地懸出接長對稱施工。這就是后來的剛構(gòu)橋梁上的掛籃施工方法。隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，設計理念的成熟，大跨徑混凝土橋梁充分利用自身優(yōu)勢使此橋型更廣泛的得以利用。此橋型在施工的過程中不影響交通并且可以節(jié)約滿堂支架的費用。

連續(xù)剛構(gòu)橋梁雖然有自身跨度大、造價低等優(yōu)勢，但因本身材料是非線性材料和材質(zhì)特性不穩(wěn)定并且還要受到溫度效應，環(huán)境因素，收縮徐變效應等因素的影響，加上采用自架設體系施工方法，此種施工方法是逐階施工，最后合攏轉(zhuǎn)變自身結(jié)構(gòu)受力體系，這就會致使各節(jié)段混凝土相互影響產(chǎn)生差異，因此，這些影響必然造成各節(jié)段或各層的內(nèi)力和位移隨著混凝土澆筑或塊件拼裝過程變化而偏離設計值。為了使整個橋梁在運營過程中保證安全，必須要對整個橋梁施工的各個過程進行嚴格施工控制。橋梁施工控制又是橋梁建設的安全保證。施工中的每一階段，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形是可以預計的，同時可通過監(jiān)測手段得到各施工階段結(jié)構(gòu)的實際內(nèi)力和變形，從而完全可以跟蹤掌握施工進程和發(fā)展情況。當發(fā)現(xiàn)施工過程中監(jiān)測的實際值與計算的預計值相差過大時，就要進行檢查和分析原因。為確保橋梁施工的安全，橋梁施工控制必不可少。

收縮徐變是混凝土基本性質(zhì)之一。上個世紀30年底我們系統(tǒng)的對徐變進行了研究，真正應用于實際結(jié)構(gòu)工程中則相對較晚，直到上個世紀40年代后期，對徐變的理解部分橋梁設計人員是錯誤的，不能把它僅僅理解成學術(shù)問題，隨著社會進步，橋梁研究人員對收縮徐變計算理論和方法不斷的優(yōu)化和設計，這對整個橋梁設計與施工的影響是非常巨大的，為了結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)在很多國家從橋梁設計規(guī)范上直接對混凝土這種特性給予充分的考慮；材料的收縮徐變，橋梁受力的初始應力與施工時間及施工環(huán)境條件對材料的收縮徐變的影響是比較大的，并且橋梁工程施工時間較長，橋梁上的活荷載和恒載隨著施工時間的變化，收縮徐變也在發(fā)生變化，不過收縮徐變，因此，收縮徐變對施工中橋梁結(jié)構(gòu)的影響分析是值得研究的課題。

2 橋梁施工控制

橋梁施工控制主要是對橋梁施工過程中的各個環(huán)節(jié)進行有效的過程控制，主要內(nèi)容是對橋梁主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形的控制，嚴格控制在規(guī)范容許的安全范圍內(nèi)，只有這樣才可確保橋梁建成后符合規(guī)范要求。施工控制的工作內(nèi)容主要包括以下幾個方面。

2.1 幾何（變形）控制。幾何變形是指橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中產(chǎn)生的橋梁幾何形狀的變化，橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的實際由于受到不同的外力和自身狀態(tài)的影響，橋梁中心會偏置原來位置具有一定的撓度，這將使橋梁整個結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)轉(zhuǎn)換會遇到不同程度的困難，也就是施工實施合攏具有偏差，這就會導致曲線的連續(xù)性與橋梁結(jié)構(gòu)設計狀態(tài)不一致，所以必須對橋梁結(jié)構(gòu)實施必要的實時控制，使其結(jié)構(gòu)在施工中的實際位置狀態(tài)與預期狀態(tài)之間的誤差在容許范圍之內(nèi)和成橋線形狀態(tài)符合設計要求。

2.2 應力控制。橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中以及成橋狀態(tài)的受力情況是否與設計相符合是施工控制要明確的重要問題。故我們在施工過程和運營的狀態(tài)中通常均采用必要的措施對橋梁結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，目的是了解實際橋梁結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)，如果在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)實時應力狀態(tài)與原設計應力狀態(tài)出入較大，即所謂的撓度超限，那就需要進行必要的調(diào)控并且查明原因，使之在橋梁規(guī)范允許的安全范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)應力控制的好壞不象變形控制那樣易于發(fā)現(xiàn)，如果應力控制不夠給力那就將對橋梁結(jié)構(gòu)造成危害，嚴重者將會使整個橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，所以，在施工的過程中必須對橋梁結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)進行必要的監(jiān)控。

2.3 穩(wěn)定控制。橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，它與橋梁的強度有著同等的甚至更重要的意義[3]。橋梁施工過程中不僅要嚴格控制應力和變形，而且要嚴格地控制施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。現(xiàn)在橋梁設計人員在橋梁設計完成后，均對橋梁運營狀態(tài)進行模擬計算其穩(wěn)定性。

3 收縮與徐變

3.1 影響收縮、徐變的因素。混凝土材料的收縮與外界受力無關(guān)，徐變是在外力和自重的影響下逐漸產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。徐變、收縮雖各有自身的特點，但它們都可以與混凝土內(nèi)水化水泥漿的特性聯(lián)系起來。化學成分的不同，其它條件相同下，材料所反應的徐變、收縮性能在本質(zhì)上沒有實質(zhì)性的差異，這也說明了材料的徐變、收縮的機理在于混凝土水化水泥漿的物理結(jié)構(gòu)，而不在于水泥的化學性質(zhì)。

混凝土收縮的原因及機理：（1）自發(fā)收縮是一種混凝土材料本身水化反應所產(chǎn)生的固有收縮變形，這種收縮變形值較小。（2）干燥收縮是混凝土內(nèi)部吸附水的消失而產(chǎn)生的收縮，這種收縮變形是材料本身的變形。（3）碳化收縮是由空氣中的二氧化碳與材料本身的水泥水化物發(fā)生化學反應而至其收縮。

3.2 影響混凝土收縮與徐變的因素。橋梁結(jié)構(gòu)是否施加荷載對橋梁的收縮沒有關(guān)系，但是對于橋梁結(jié)構(gòu)的徐變會產(chǎn)生很大的影響。在混凝土材料徐變試驗中如果對混凝土構(gòu)件壓應力，其值一般取低于混凝土強度5%左右的單軸向壓應力。國內(nèi)研究人員通過大量的試驗與詳盡的研究，得出結(jié)論若施加小于混凝土強度50%的壓應力時，構(gòu)件材料的施加壓應力和構(gòu)件材料的應變具有線性關(guān)系。若施加超過混凝土強度50%的壓應力時則構(gòu)件材料施加應力與徐變應變存在非線性關(guān)系。當應力小于混凝土強度的50%時，拉力徐變與所施應力呈線性關(guān)系，拉力徐變初始速度較大但降速快，最終徐變可能小于壓力徐變。預應力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)收縮徐變影響最大的地方是橋梁結(jié)構(gòu)的跨中位置，主要原因其一是懸臂根部的位移本身很小;其二是在中跨懸臂端混凝土加載齡期短，收縮徐變對中跨預應力損失影響比較大。

結(jié)語

本文敘述了施工控制的類別及其施工控制的重要性，在施工控制中，收縮徐變影響是一個不確定因素，闡述了收縮徐變形成的原因及機理，論述了影響混凝土收縮徐變因素，對今后施工設計提供參考。

[1]向天宇.預應力高強混凝土箱型連續(xù)梁結(jié)構(gòu)行為的非線性分析[D].成都：西南交通大學，2002.

[2]宋兵.核心混凝土的收縮及其對鋼管高強混凝土軸壓構(gòu)件力學性能的影響[D].汕頭：汕頭大學，2001.